Система автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ цеха Серной кислоты АО "Капролактам Кемерово"
Назначение
Система автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ цеха Серной кислоты АО «Капролактам Кемерово» (далее - система) предназначена для непрерывного автоматического измерения и учета содержания загрязняющего вещества - диоксида серы (SO2) и паров воды (Н2О), а также параметров газового потока (температуры, давления, расхода) в отходящих газах.
Описание
Принцип действия системы определяется входящими в ее состав измерительными преобразователями:
- измерение объемных долей загрязняющего вещества и паров воды -спектроскопия оптического поглощения лазерного излучения в инфракрасной области спектра;
- измерений расхода газового потока - измерение дифференциального давления (разности давлений) на основе уравнения Бернули для неразрывных газовых потоков;
- измерение температуры газового потока - преобразование сигнала термопреобразователя сопротивления с номинальной статической характеристикой преобразования Pt100 по ГОСТ 6651-2009 в унифицированный выходной сигнал постоянного тока от 4 до 20 мА;
- измерение давления - тензорезистивный эффект.
Для определения значений расхода используется расчетный метод, однозначно позволяющий определить значения расхода с заданной точностью.
Система представляет собой единичный экземпляр средства измерений, спроектированный для конкретного объекта из компонентов серийного изготовления. Монтаж и наладка системы осуществлены непосредственно на объекте эксплуатации в соответствии с проектной документацией и эксплуатационными документами ее компонентов.
Система является стационарным многоканальным измерительным устройством непрерывного действия. Конструктивно система состоит из системы пробоотбора и пробоподготовки, измерительных преобразователей, анализатора, системы транспортировки пробы, систем сбора, обработки, архивирования и передачи данных и автоматизированного рабочего места (далее - АРМ) оператора. Все оборудование находится в блок-контейнере, кроме датчиков давления, температуры, расхода и пробоотборного зонда, они установлены непосредственно в месте отбора пробы и укрыты в специальные обогреваемые термочехлы.
Измерительные каналы параметров газового потока состоят из датчиков давления, температуры, расхода и контроллера. Сигналы от датчиков давления и температуры в виде сигнала постоянного тока от 4 до 20 мА передаются на датчик расхода и далее на контроллер в цифровом виде по интерфейсу RS-485 по протоколу Modbus RTU.
Сигналы от анализатора газов об объемных долях загрязняющего вещества и водяных паров виде сигналов постоянного тока от 4 до 20 мА передаются на контроллер. Контроллер осуществляет расчет массовой концентрации загрязняющего вещества.
В системе предусмотрен анализ компонентного состава на «горячей» (влажной) основе, включающий системы подачи пробы в анализатор, фильтрации и стабилизации расхода (пробоподготовка «на влажной основе»). Температура в системе поддерживается на уровне от плюс 100 °С до плюс 190 °С.
Система выполнена в общепромышленном исполнении.
В состав системы входят:
- АРМ оператора на базе SCADA-системы;
- контроллер программируемый SIMATIC S7-1200;
- анализатор газов непрерывного действия модели СТ5400;
- преобразователь температуры Метран-286-Ex;
- датчик давления Метран-^OTAR;
- измеритель скорости потока D-FL 100 c электронным блоком D-FL 100-20;
- система переключения потоков;
- блок-контейнер для установки измерительного и вспомогательного оборудования.
Система имеет следующие выходные сигналы для подключения к внешнему программно-аппаратному комплексу:
- аналоговые выходы по току от 4 до 20 мА;
- цифровые выходы RS-485.
В состав системы входят средства измерений (далее - СИ), список которых приведен в таблице 1.
Таблица 1 - СИ, входящие в состав Системы
| Наименование | Обозначение | Регистрационный номер 1) |
| Контроллер программируемый | SIMATIC S7-1200 | 63339-16 |
| Анализатор газов непрерывного действия | СТ5400 | 72338-18 |
| Преобразователь температуры | Метран-286-Ex | 23410-13 |
| Датчик давления | Метра I-150TAR | 32854-13 |
| Измеритель скорости потока с электронным блоком | D-FL 100 (измеритель) D-FL 100-20 (электронный блок) | 66707-17 |
| 1) Регистрационный номер в Федеральном информационном фонде по обеспечению единства измерений | ||
Пломбирование системы не предусмотрено. Для исключения возможности непреднамеренных и преднамеренных изменений измерительной информации, средства измерений, входящие в состав системы, пломбируются в соответствии с требованиями, изложенными в их описаниях типа.
Нанесение знака поверки на систему не предусмотрено.
Заводской номер системы нанесен на маркировочной табличке методом лазерной гравировки в буквенно-цифровом формате и указан в паспорте системы. Маркировочная табличка закреплена на двери блок-контейнера.
Программное обеспечение
Программное обеспечение системы состоит из программного обеспечения (далее - ПО) измерительных преобразователей, входящих в состав системы, ПО контроллера и ПО АРМ оператора. Идентификационные данные программного обеспечения, входящих в состав системы измерительных преобразователей, приведены в описаниях типа на эти преобразователи.
ПО системы состоит из метрологически значимого ПО (встроенное) и метрологически незначимого ПО (внешнее). Метрологически незначимое внешнее программное обеспечение Windows 10, TIA portal 17 предназначено для отображения и архивирования информации, поступающей с контроллера. На целостность измерений, на обработку и сбор информации внешнее программное обеспечение не влияет.
Метрологически значимое программное обеспечение реализует выполнение следующих функций:
- обработку и передачу измерительной информации от измерительных
преобразователей;
- пересчет объемных долей в массовые концентрации (с использованием
информации о температуре и давлении пробы в источнике выбросов);
- расчет валового выброса на основе данных, полученных от измерительных преобразователей;
- передачу результатов измерений через токовые выходы от 4 до 20 мА;
- передачу результатов измерений через интерфейс RS-485;
- передачу аварийных и предупредительных сигналов при помощи релейных выходов;
- контроль целостности программных кодов ПО, настроечных и калибровочных констант;
- контроль общих неисправностей (связь, конфигурация);
- контроль внешней связи.
Система может быть подключена к внешнему программно-аппаратному комплексу для формирования экологической отчётности и (или) передавать данные в Государственный реестр объектов, оказывающих негативное воздействие на окружающую среду.
Идентификационные данные метрологически значимого программного обеспечения контроллеров программируемых SIMATIC S7-1200 приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Идентификационные данные
| Идентификационные данные (признаки) | Значение |
| ПО для программирования SIMATIC S7-1200 | |
| Номер версии ПО | Не ниже V16 |
| Цифровой идентификатор ПО | — |
| Встроенное программное обеспечение | |
| Идентификационное наименование ПО | CEMS AZOT |
| Номер версии (идентификационный номер) ПО | 1.0.Х* |
| Цифровой идентификатор ПО (MD-5) | 2af2ac43361050904e12344df9592e53 |
| * Последняя цифра (Х, от 0 до 9) - идентификационный номер метрологически незначимой части программного обеспечения | |
Уровень защиты ПО системы от преднамеренных и непреднамеренных изменений соответствует уровню «средний» по Р 50.2.077-2014.
Влияние встроенного программного обеспечения учтено при нормировании метрологических характеристик.
Технические характеристики
Метрологические и основные технические характеристики системы приведены в таблицах 3-6.
Таблица 3 - Диапазоны измерений и пределы допускаемой основной погрешности при
измерениях содержания загрязняющего вещества и водяных паров
| Определяемый компонент | Диапазон измерений объемной доли компонента системой | Пределы допускаемой основной 1) приведенной к верхнему2) пределу измерений погрешности, % |
| Н2О | от 0 до 30 % | ±5 |
| SO2 | от 0 до 900 млн-1 | ±6 |
| 1) Метрологические характеристики приведены для нормальных условий в соответствии с ГОСТ 8.395-80. 2) К верхнему пределу измерений анализатора газов непрерывного действия СТ5400 для соответствующего определяемого компонента (30 % для Н2О, 3000 млн-1 для SO2) | ||
Таблица 4 - Характеристики СКО, вариации и дополнительной погрешности
| Наименование | Значение |
| Предел допускаемого СКО случайной составляющей приведенной к верхнему пределу диапазона измерений погрешности, % | 1,0 |
| Предел допускаемой вариации показаний, в долях от предела допускаемой основной приведенной к верхнему пределу диапазона измерений погрешности | 0,5 |
| Пределы допускаемой дополнительной приведенной к верхнему пределу диапазона измерений погрешности от изменения влажности окружающей среды в пределах рабочих условий эксплуатации, на каждые 10 %, в долях от пределов допускаемой основной приведенной к верхнему пределу диапазона измерений погрешности | ±0,5 |
Таблица 5 - Метрологические характеристики ИК параметров газового потока
| Наименование | Значение |
| Диапазон измерений температуры газового потока, °С | от -50 до +200 |
| Пределы допускаемой основной приведенной к верхнему значению диапазона измерений погрешности измерений температуры газового потока, % | ±0,2 |
| Пределы допускаемой дополнительной погрешности измерений температуры газового потока, вызванной изменением температуры окружающего воздуха на 10 °С, в долях от пределов основной погрешности | ±0,25 |
| Диапазон измерений абсолютного давления, кПа | от 0,1 до 101,6 |
| Пределы допускаемой основной приведенной к верхнему значению диапазона измерений погрешности измерений абсолютного давления, % | ±0,1 |
| Пределы допускаемой дополнительной погрешности измерений абсолютного давления, вызванной изменением температуры окружающего воздуха на 10 °С, % | ±0,067 |
| Диапазон измерений объемного расхода газового потока, м3/ч | от 2,2 • 104 до 1,65 • 105 |
| Наименование | Значение |
| Пределы допускаемой относительной погрешности измерений объемного расхода газового потока, %, при скорости газового потока от 3 до 20 м/с | ± М + («2 * |
| * V -скорость газового потока, 5s - относительная погрешность измерения площади сечения трубы. | |
Таблица 6 - Основные технические характеристики Системы
| Наименование | Значение |
| Диапазон вычисляемой массовой концентрации SO2, приведенной к 0 °С и давлению 101,3 кПа (760 мм. рт. ст.), мг/м3 | от 0 до 2575 |
| Параметры энергопитания: Напряжение, В Частота, Гц | ~400 50/60 |
| Условия окружающей среды: - диапазон температуры (группа Д3 по ГОСТ Р 52931-2008), C - относительная влажность (при температуре +35 C и (или) более низких температурах (без конденсации влаги)), % - диапазон атмосферного давления, кПа | от -50 до +50 от 30 до 95 от 84 до 106,7 |
| Условия эксплуатации: - диапазон температуры внутри блок-контейнера, C - диапазон температуры в термочехлах, C - относительная влажность (без конденсации влаги), % - атмосферное давление, кПа | от +15 до +25 от +10 до +50 от 30 до 95 от 84 до 106,7 |
Знак утверждения типа
нанесен на титульные листы руководства по эксплуатации и паспорта типографским способом.
Комплектность
Комплектность средства измерений представлена в таблице 7.
Таблица 7 - Комплектность средства измерений
| Наименование | Обозначение | Кол. |
| Система автоматического контроля выбросов загрязняющих веществ цеха Серной кислоты АО «Капролактам Кемерово» | Зав. № 10281-ТС | 1 шт. |
| Паспорт | 10281-ТС.ПС | 1 экз. |
| Руководство по эксплуатации | 10281-ТС.РЭ | 1 экз. |
| Комплект эксплуатационных документов на комплектующие изделия, входящие в состав системы | — | 1 комп. |
В состав системы входят составные части, список которых приведен в таблице 8. Состав составных частей определен проектом.
Таблица 8 - Составные части Системы
| Наименование | Обозначение |
| Шкаф сбора данных | шсд |
| Шкаф распределения электропитания | ШРП |
| Серверный шкаф | ШС |
| Шкаф газоаналитического оборудования | ШГА |
| Автоматизированное рабочее место оператора | АРМ2 |
| Зонд для забора газа GAS 222.17 | SP1 |
Сведения о методах измерений
приведены в руководстве по эксплуатации 10281-ТС.РЭ, раздел 3 «Использование по назначению».
Нормативные документы
Приказ Росстандарта от 31 декабря 2020 г. № 2315 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений содержания компонентов в газовых и газоконденсатных средах»;
Приказ Росстандарта от 23 декабря 2022 г. № 3253 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений температуры»;
Приказ Росстандарта от 6 декабря 2019 г. № 2900 «Об утверждении Государственной поверочной схемы для средств измерений абсолютного давления в диапазоне от 1-10-1 до 1-107 Па».